В авиации электронная система пилотажных приборов ( EFIS ) — это система отображения пилотажных приборов в кабине самолета , которая отображает полетные данные в электронном виде, а не электромеханически. EFIS обычно состоит из основного пилотажного дисплея (PFD), многофункционального дисплея (MFD) и дисплея системы индикации двигателя и оповещения экипажа (EICAS). Ранние модели EFIS использовали дисплеи на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ), но в настоящее время более распространены жидкокристаллические дисплеи (ЖКД). Сложный электромеханический указатель ориентации (ADI) и индикатор горизонтального положения (HSI) были первыми кандидатами на замену на EFIS. Однако сейчас немногие приборы на кабине экипажа не могут быть заменены электронным дисплеем.
На кабине экипажа блоки отображения являются наиболее очевидными частями системы EFIS и являются функциями, которые приводят к термину « стеклянная кабина» . Блок отображения, который заменяет искусственный горизонт, называется основным дисплеем полета (PFD). Если отдельный дисплей заменяет HSI, он называется навигационным дисплеем. PFD отображает всю информацию, критически важную для полета, включая калиброванную воздушную скорость , высоту, курс, положение, вертикальную скорость и рыскание. PFD предназначен для улучшения ситуационной осведомленности пилота путем интеграции этой информации на одном дисплее вместо шести различных аналоговых приборов, что сокращает количество времени, необходимое для наблюдения за приборами. PFD также повышают ситуационную осведомленность, предупреждая экипаж о необычных или потенциально опасных условиях — например, низкой воздушной скорости, высокой скорости снижения — путем изменения цвета или формы дисплея или путем подачи звуковых оповещений.
Некоторые производители используют названия Electronic Attitude Director Indicator и Electronic Horizontal Situation Indicator. [1] Однако, смоделированный ADI является лишь центральной частью PFD. Дополнительная информация накладывается на этот график и располагается вокруг него.
Многофункциональные дисплеи могут сделать отдельный навигационный дисплей ненужным. Другой вариант — использовать один большой экран для отображения как PFD, так и навигационного дисплея.
PFD и навигационный дисплей (и многофункциональный дисплей, если он установлен) часто физически идентичны. Отображаемая информация определяется системными интерфейсами, в которых установлены блоки отображения. Таким образом, упрощается хранение запасных частей: один блок отображения может быть установлен в любом положении.
ЖК-дисплеи выделяют меньше тепла, чем ЭЛТ; преимущество в перегруженной панели приборов. Они также легче и занимают меньший объем.
_on_Boeing_747-400_(cropped).jpg/1280px-Navigation_Display_(ND)_on_Boeing_747-400_(cropped).jpg)
MFD (многофункциональный дисплей) отображает навигационную и погодную информацию из нескольких систем. MFD чаще всего проектируются как «картографические», где экипаж может накладывать различную информацию на карту или схему. Примерами наложенной информации MFD являются текущий план маршрута самолета, информация о погоде с бортового радара или датчиков обнаружения молний или наземных датчиков, например, NEXRAD, ограниченное воздушное пространство и движение самолетов. MFD также может использоваться для просмотра других типов данных, не являющихся наложенными (например, текущий план маршрута), и расчетных данных наложенного типа, например, радиуса скольжения самолета, учитывая текущее местоположение относительно местности, ветра, а также скорость и высоту самолета.
MFD также может отображать информацию о системах самолета, таких как топливные и электрические системы (см. EICAS ниже). Как и в случае с PFD, MFD может изменять цвет или форму данных, чтобы предупреждать экипаж об опасных ситуациях.
EICAS (Engine Indications and Crew Alerting System) отображает информацию о системах самолета, включая его топливные, электрические и силовые системы (двигатели). Дисплеи EICAS часто разрабатываются так, чтобы имитировать традиционные круглые приборы, а также предоставлять цифровые показания параметров.
EICAS улучшает ситуационную осведомленность, позволяя экипажу просматривать сложную информацию в графическом формате, а также предупреждая экипаж о необычных или опасных ситуациях. Например, если двигатель начинает терять давление масла, EICAS может подать звуковой сигнал, переключить дисплей на страницу с информацией о масляной системе и выделить данные о низком давлении масла красной рамкой. В отличие от традиционных круглых датчиков, можно установить много уровней предупреждений и сигналов тревоги. При проектировании EICAS необходимо проявлять особую осторожность, чтобы гарантировать, что экипаж всегда будет получать самую важную информацию и не будет перегружен предупреждениями или сигналами тревоги.
ECAM — это похожая система, используемая Airbus, которая в дополнение к функциям EICAS также рекомендует меры по устранению неполадок.
EFIS предоставляет пилотам элементы управления, с помощью которых можно выбирать диапазон и режим отображения (например, карта или компасная роза), а также вводить данные (например, выбранный курс).
В то время как другое оборудование использует ввод данных пилота, шины данных транслируют выбор пилота, так что пилоту нужно ввести выбор только один раз. Например, пилот выбирает желаемую высоту выравнивания на блоке управления. EFIS повторяет эту выбранную высоту на PFD и, сравнивая ее с фактической высотой (от компьютера воздушных данных), генерирует дисплей ошибки высоты. Этот же выбор высоты используется автоматической системой управления полетом для выравнивания и системой оповещения о высоте для предоставления соответствующих предупреждений.
Визуальный дисплей EFIS создается генератором символов. Он получает входные данные от пилота, сигналы от датчиков и выбор формата EFIS, сделанный пилотом. Генератор символов может иметь другие названия, такие как компьютер обработки дисплея, блок электроники дисплея и т. д.
Генератор символов делает больше, чем просто генерирует символы. Он имеет (как минимум) средства мониторинга, графический генератор и драйвер дисплея. [2] Входные данные от датчиков и элементов управления поступают через шины данных и проверяются на достоверность. Выполняются требуемые вычисления, а графический генератор и драйвер дисплея создают входные данные для устройств отображения.
Как и персональные компьютеры, системы летных приборов нуждаются в средствах самотестирования при включении питания и непрерывном самоконтроле. Однако системам летных приборов нужны дополнительные возможности мониторинга:
Традиционные (электромеханические) дисплеи оснащены синхронными механизмами, которые передают тангаж, крен и курс, отображаемые на приборах капитана и первого помощника , на компаратор приборов. Компаратор предупреждает о чрезмерных различиях между дисплеями капитана и первого помощника. Даже такая неисправность , как заклинивание, например , в механизме крена ADI, вызывает предупреждение компаратора. Таким образом, компаратор приборов обеспечивает как мониторинг компаратора, так и мониторинг дисплея.
С EFIS функция компаратора проста: совпадают ли данные крена (угол крена) с датчика 1 с данными крена с датчика 2? Если нет, отобразите предупреждающую надпись (например, CHECK ROLL ) на обоих PFD. Мониторы сравнения выдают предупреждения для показаний скорости полета, тангажа, крена и высоты. Более продвинутые системы EFIS имеют больше мониторов компаратора.
В этой технике каждый генератор символов содержит два канала мониторинга отображения. Один канал, внутренний, отбирает выходной сигнал от своего собственного генератора символов на дисплейный блок и вычисляет, например, какое положение крена должно выдавать эту индикацию. Затем это вычисленное положение крена сравнивается с входным положением крена на генератор символов от INS или AHRS . Любое различие, вероятно, было внесено неправильной обработкой и вызывает предупреждение на соответствующем дисплее.
Внешний канал мониторинга выполняет ту же проверку на генераторе символов на другой стороне кабины экипажа: генератор символов капитана проверяет генератор второго помощника, второй помощник проверяет генератор капитана. Какой бы генератор символов ни обнаружил неисправность, он выводит предупреждение на свой дисплей.
Внешний канал мониторинга также проверяет входные сигналы датчиков (генератора символов) на предмет обоснованности. Ложный входной сигнал, такой как высота радиосигнала, превышающая максимум радиовысотомера, приводит к предупреждению.
На разных этапах полета пилоту нужны разные комбинации данных. В идеале авионика показывает только используемые данные, но электромеханический прибор должен быть в поле зрения все время. Для повышения четкости отображения ADI и HSI используют сложные механизмы для временного удаления лишних показаний, например, удаляя шкалу глиссады, когда пилоту она не нужна.
В нормальных условиях EFIS может не отображать некоторые показания, например, вибрацию двигателя. Только когда какой-либо параметр превышает свои пределы, система отображает показания. Аналогичным образом EFIS запрограммирована на отображение шкалы и указателя глиссады только во время захода на посадку по системе ILS .
В случае сбоя ввода электромеханический прибор добавляет еще один индикатор — обычно это полоса, перекрывающая ошибочные данные. EFIS, с другой стороны, удаляет недействительные данные с дисплея и заменяет их соответствующим предупреждением.
Режим устранения помех активируется автоматически, когда обстоятельства требуют внимания пилота к определенному элементу. Например, если самолет наклоняется вверх или вниз сверх определенного предела — обычно от 30 до 60 градусов — указатель положения убирает помехи из поля зрения, пока пилот не приведет тангаж к приемлемому уровню. Это помогает пилоту сосредоточиться на самых важных задачах.
Традиционные приборы долгое время использовали цвет, но не имели возможности изменять цвет для указания на изменение состояния. Технология электронного отображения EFIS не имеет таких ограничений и широко использует цвет. Например, когда самолет приближается к глиссаде, синяя подпись может указывать на то, что глиссада активирована, а захват может изменить цвет на зеленый. Типичные системы EFIS цветовым кодом навигационных стрелок отражают тип навигации. Зеленые стрелки указывают на наземную навигацию, такую как VOR, Localizers и ILS системы. Пурпурные стрелки указывают на навигацию GPS.
EFIS обеспечивает универсальность, избегая некоторых физических ограничений традиционных приборов. Пилот может переключить тот же дисплей, который показывает индикатор отклонения курса, на отображение запланированного пути, предоставленного системой зональной навигации или управления полетом. Пилоты могут выбрать наложение изображения метеорологического радара на отображаемый маршрут.
Гибкость, обеспечиваемая модификациями программного обеспечения, минимизирует затраты на реагирование на новые правила и оборудование для воздушных судов. Обновления программного обеспечения могут обновить систему EFIS, чтобы расширить ее возможности. Обновления, введенные в 1990-х годах, включали систему предупреждения о близости земли и систему предотвращения столкновений .
Степень избыточности доступна даже при простой установке двухэкранного EFIS. В случае отказа PFD переключение передачи переносит его важную информацию на экран, который обычно занимает навигационный дисплей.
В конце 1980-х годов система EFIS стала стандартным оборудованием на большинстве авиалайнеров Boeing и Airbus , а в 1990-х годах EFIS перешла на многие бизнес-самолеты.
Недавние достижения в вычислительной мощности и снижение стоимости жидкокристаллических дисплеев и навигационных датчиков (таких как GPS и система ориентации и направления ) привели к внедрению EFIS в самолеты гражданской авиации . Известными примерами являются Garmin G1000 и Chelton Flight Systems EFIS-SV.
Несколько производителей EFIS сосредоточились на рынке экспериментальных самолетов , выпуская системы EFIS и EICAS всего за 1000-2000 долларов США . Низкая стоимость возможна из-за резкого падения цен на датчики и дисплеи, а оборудование для экспериментальных самолетов не требует дорогостоящей сертификации Федерального управления гражданской авиации . Этот последний пункт ограничивает их использование экспериментальными самолетами и некоторыми другими категориями самолетов, в зависимости от местных правил. Несертифицированные системы EFIS также встречаются в легких спортивных самолетах , включая построенные на заводе, сверхлегкие и сверхлегкие самолеты. Эти системы могут быть установлены на сертифицированных самолетах в некоторых случаях в качестве вторичных или резервных систем в зависимости от местных авиационных правил.